ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖЕКТОРНОГО ФИЛЬТРА

Цель работы: Снятие и анализ амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик режекторного фильтра.

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое электрический фильтр?

2. Как подразделяются электрические фильтры в зависимости от состава, входящих в них компонентов?

3. Что такое полоса пропускания фильтра?

4. Что такое полоса затухания фильтра?

5. Как подразделяются электрические фильтры в зависимости от полосы пропускания?

6. Нарисуйте амплитудно-частотные характеристики идеальных и реальных электрических фильтров.

7. Поясните разницу между пассивными и активными фильтрами?

8. Нарисуйте схемы пассивных фильтров для диапазона частот от 0 до 20 кГц. По каким формулам определяется граничная частота или частота квазирезонанса таких фильтров?

9. Нарисуйте схемы пассивных фильтров для диапазона частот от 200 до 20000 кГц. По каким формулам определяется граничная частота или частота квазирезонанса таких фильтров?

10. В каких случаях применяются пьезоэлектрические фильтры.

11. Что такое прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты?

12. Рассчитайте частоту квазирезонанса двойного Т-образного моста, если С = 4,7 мкФ, а R = [Ваш номер по журналу] Ом.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему исследования режекторного фильтра, изображенную на рисунке 16.

Рисунок 16 – Схема для исследования двойного Т-образного моста

2. Подвести курсор к точке 1. В строке состояния (в нижней части экрана) появится надпись «Connector: Node Х». Число Х (номер узла) необходимо запомнить для использования в дальнейших исследованиях.

3. В меню Анализ (Analysis) выбрать пункт AC Frequency.

4. В открывшемся диалоговом окне в списке «Nodes in circuit» выбрать число Х и нажать кнопку Add. Теперь измерения будут проводиться в указанной точке. Далее следует установить начальную частоту FSTART (для данной схемы – 500 Гц) и конечную частоту FSTOP (5 кГц) для задания диапазона изменения частоты и количество измерений (Number of points) – например 10000. Установить также тип проекции «Линейная» (linear).

5. Нажать кнопку Имитировать (Simulate). Результат анализа показан на рисунке 17.

Рисунок 17 – АЧХ и ФЧХ рассмотренного фильтра

6. Рассчитать фильтр с частотой квазирезонанса, соответствующей вашему варианту (предлагается преподавателем).

7. Установить в схеме (Рисунок 16) номиналы элементов, полученные при расчете, и провести исследования по рассмотренному образцу.

8. Сделать вывод.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

Цель работы: Снятие и анализ вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого диодов. Определение их параметров по характеристикам.

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое полупроводниковый диод?

2. Из каких материалов изготавливаются диоды?

3. Сколько PN-переходов содержит диод?

4. Чем отличаются диоды, изготовленные из различных материалов?

5. Нарисуйте условное графическое обозначение (УГО) диода. Как называются его выводы. Запишите название выводов на рисунке.

6. Какие приборы необходимы для снятия ВАХ диодов?

7. Нарисуйте вольтамперную характеристику (ВАХ) диода. Расскажите о процессах, соответствующих характерным участкам ВАХ.

8. Перечислите основные параметры диодов. Охарактеризуйте каждый из них.

9. Как определить режим работы диода по нагрузочной прямой?

10. Назовите разновидности полупроводниковых диодов. Поясните их особенности и область применения.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему исследования диодов, изображенную на рисунке 18.

Рисунок 18 – Схема исследования диодов, включенных в прямом направлении.

2. Двойным щелчком левой кнопки мыши на генераторе тока открыть его свойства и установите ток 1 мкА (1 µА).

3. Открыть свойства первого диода и на вкладке Models выбрать диод SB040 (general2), а на вкладке Label в строку Label вписать обозначение VD1. Нажать OK.

4. Повторить операцию для второго диода, обозначив его VD2 и выбрав диод 1N4153 (national).

5. Включить схему переключателем , расположенным в правом верхнем углу экрана или нажатием клавиш [CTRL]+[G] (для отключения служит комбинация [CTRL]+[T]). При изменении параметров схемы возможно потребуется повторное включение.

6. Изменяя ток генератора в соответствии с таблицей 1, записать показания вольтметра.

Таблица 1 – Данные для построения прямой ветви ВАХ диода

7. Подключить диод VD2 к генератору тока, нажав клавишу [Пробел] (для управления переключателем можно использовать другую клавишу; для этого ее нужно задать в свойствах компонента).

8. Повторить измерения для второго диода.

9. Собрать схему, изображенную на рисунке 19.

Рисунок 19 – Схема исследования диодов, включенных в обратном направлении

10. Снять обратные характеристики диодов, изменяя напряжение в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2 – Данные для построения обратной ветви ВАХ диода

11. Построить ВАХ диодов в координатных осях.

12. Определить режим работы диода в схеме (Рисунок 20), при Е=2В, R1=39 Ом, используя ВАХ диода. Найти сопротивление постоянному току и дифференциальное сопротивление диода.

Рисунок 20 – Схема для задачи пункта 12

13. Сделать вывод. Вывод должен содержать описание теоретических положений, подтвержденных экспериментально в процессе выполнения работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

СНЯТИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Цель работы: Снятие и анализ вольтамперных характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Определение h-параметров по характеристикам.

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое биполярный транзистор?

2. Из каких материалов изготавливаются транзисторы?

3. Сколько PN-переходов содержит биполярный транзистор?

4. Чем отличаются транзисторы различных типов?

5. Нарисуйте условные графические обозначения транзисторов различных типов. Запишите названия выводов на рисунке.

6. Какие приборы необходимы для снятия характеристик транзистора?

7. Нарисуйте входные и выходные характеристики транзистора. Расскажите о процессах, соответствующих характерным участкам ВАХ.

8. Перечислите основные параметры транзисторов. Охарактеризуйте каждый из них.

9. Как определить h-параметры по характеристикам транзистора.

10. Поясните особенности и область применения биполярных транзисторов.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему исследования транзистора, изображенную на рисунке 21. Для исследования используется транзистор MPS3709 (nationl1), отечественный аналог – КТ3102A.

Рисунок 21 – Схема для исследования биполярного транзистора

2. Построить таблицу для записи результатов измерений (Таблица 3)

Таблица 3 – Данные для построения входных характеристик транзистора

3. Установить на генераторе напряжения G2 напряжение UКЭ1=0 В

4. Изменяя значение тока генератора G1 от 1 до 500 мкА, записать соответствующие значения напряжения UБЭ (вольтметр PV1) в таблицу.

5. Повторить измерения при выходном напряжении UКЭ2=15 В.

6. Построить таблицу для записи результатов измерений (Таблица 4)

Таблица 4 – Данные для построения выходных характеристик транзистора

7. Установить на генераторе тока G1 ток IБ1=100 мкА

8. Изменяя значение напряжения генератора G1 от 0,1 до 35 В, записать соответствующие значения тока IК (амперметр PА2) в таблицу.

9. Повторить измерения при входных токах IБ2=300 мкА и IБ3=500 мкА.

10. По результатам измерений построить входные и выходные характеристики транзистора.

11. Определить h-параметры транзистора по полученным характеристикам.

12. Сделать вывод. Вывод должен содержать описание теоретических положений, подтвержденных экспериментально в процессе выполнения работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

Цель работы: Снятие и анализ стоко-затворных и стоковых характеристик полевого транзистора. Определение крутизны характеристики и активной выходной проводимости.

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое полевой транзистор?

2. Из каких материалов изготавливаются транзисторы?

3. Сколько PN-переходов имеет полевой транзистор?

4. Чем отличаются транзисторы различных типов?

5. Нарисуйте условные графические обозначения транзисторов различных типов. Запишите названия выводов на рисунке.

6. Какие приборы необходимы для снятия характеристик транзистора?

7. Нарисуйте стоко-затворные и стоковые характеристики транзистора. Расскажите о процессах, соответствующих характерным участкам ВАХ.

8. Перечислите основные параметры транзисторов. Охарактеризуйте каждый из них.

9. Как определить крутизну стоко-затворной характеристики и активную выходную проводимость?

10. Поясните особенности работы и область применения полевых транзисторов.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему исследования транзистора, изображенную на рисунке 22.

Рисунок 22 – Схема для исследования полевого транзистора

2. Нарисовать таблицу для построения стоко-затворных характеристик (Таблица 5).

3. Произвести измерения и занести результаты в таблицу.

Таблица 5 – Данные для построения стоко-затворных характеристик

4. Нарисовать таблицу для построения семейства стоковых характеристик (Таблица 6).

5. Произвести измерения и занести результаты в таблицу.

Таблица 6 – Данные для построения стоковых характеристик

6. Построить стоко-затворные и стоковые характеристики в координатных осях.

7. Определить необходимые параметры и рассчитать крутизну стоко-затворной характеристики и активную выходную проводимость.

8. Сделать вывод.

Лабораторная работа №5 Исследование усилителя синусоидальных сигналов

Цель работы: Построение и изучение свойств усилителя синусоидальных сигналов. Изучение работы осциллографа.

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое усилители? Каково их назначение?

2. Как классифицируются усилители?

3. Что такое усилительный каскад?

4. Поясните принципы построения усилительного каскада.

5. Нарисуйте основные схемы усилителей.

6. Как производится расчет элементов усилительного каскада? Какие данные для этого необходимы.

7. Используя характеристики транзистора, построенные при выполнении лабораторной работы №3, рассчитайте усилитель с эмиттерной термостабилизацией, если напряжение питания ЕК=25 В, а IК.max=100 мА.

8. Расскажите о принципах построения многокаскадных усилителей?

9. Назовите режимы работы усилителей. Поясните их особенности. В каких случаях они используются?

10. Опишите назначение элементов различных схем усилителей.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему исследования усилителя с эмиттерной термостабилизацией, изображенную на рисунке 23.

Рисунок 23 – Схема для исследования усилителя с эмиттерной термостабилизацией

2. Используя результаты расчетов, произведенных при подготовке к работе, установить значения сопротивлений резисторов. Установить сопротивление нагрузки 10 кОм.

3. Установить на генераторе G1 напряжение входного сигнала (определяется при расчете усилителя) с частотой 3 кГц. Установить напряжение G2 равное ЕК.

4. Установить мультиметр на измерение переменного напряжения.

5. Включить схему.

6. Развернуть и настроить осциллограф изменяя чувствительность и длительность развертки. На экране можно наблюдать выходной сигнал (рисунок 24)

7. Изменяя входное напряжение (увеличить и уменьшить в 2 раза), наблюдать изменение формы выходного сигнала. Пояснить причины возникновения искажений

Рисунок 24 – Входной сигнал усилителя

8. Установить максимальное входное напряжение, при котором сигнал имеет синусоидальную форму.

9. Используя показания мультиметра определить коэффициент усиления усилителя. Сравнить его с расчетным.

10. Снять АЧХ усилителя в диапазоне от 1 Гц до 20 кГц.

11. Удалить конденсатор С2.

12. Повторно снять АЧХ усилителя. Сравнить полученные результаты. Обратить внимание на изменение напряжения выходного сигнала.

13. Сделать вывод.

Лабораторная работа №6 Исследование дифференциального усилительного каскада

Цель работы: Изучение принципа действия дифференциального усилительного каскада.

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое усилители с гальваническими связями? Каково их назначение?

2. Какие элементы могут использоваться для создания гальванических связей.

3. Почему УГС удобно изготавливать по интегральной технологии?

4. Назовите особенности схем УГС.

5. Что такое усилители с непосредственными связями? Нарисуйте схему такого усилителя.

6. Что такое усилители с потенциометрическими связями?

7. Что такое дрейф нуля?

8. Почему уменьшение приведенного дрейфа нуля сопровождается ростом чувствительности УГС?

9. Назовите причины и основные способы уменьшения дрейфа нуля.

10. Назовите достоинства дифференциального усилительного каскада.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему дифференциального усилительного каскада, изображенную на рисунке 25.

Рисунок 25 – Схема для исследования дифференциального усилительного каскада

2. Установить вольтметры PV1 – PV3 В режим измерения переменного напряжения.

3. Установить параметры источников входных сигналов (G2 и G3) в соответствии со схемой.

4. Включить схему.

5. Наблюдать отсутствие выходного сигнала (вольтметр PV3) при поступлении синфазных сигналов одинаковой амплитуды и частоты.

6. Сохранить схему нажатием на кнопку Save.

7. Изменить амплитуду одного из сигналов

8. Записать выходное напряжение и рассчитать коэффициент усиления.

9. В меню Файл выбрать команду Вернуться к сохраненному (Revert To Saved…). Нажать клавишу [Ввод]. Схема вернется в состояние, соответствующее пункту 6.

10. Изменить фазу одного из сигналов. Для этого в диалоговом окне AC Voltage Source Properties (Свойства источника переменного напряжения) установите фазу (Phase) сигнала 180о (Рисунок 26)

Рисунок 26 – Свойства источника переменного напряжения

11. Включить схему.

12. Записать выходное напряжение и рассчитать коэффициент усиления.

13. Изменяя другие параметры по своему усмотрению следить за работой схемы. Обратить внимание на показания амперметров.